通过本发明专利技术来解决提供具有ＣＢＲＡＭ存储单元的非易失半导体存储器的任务，在这些ＣＢＲＡＭ存储单元中，在掺杂Ａｇ的ＧｅＳｅ层和Ａｇ顶电极之间存在化学惰性的边界层，该边界层改善ＣＢＲＡＭ存储单元的转换特性，本发明专利技术的解决方式是存储单元的活性基体材料层包括具有像玻璃的ＧｅＳｅ层和非晶Ｇｅ：Ｈ层的ＧｅＳｅ／Ｇｅ：Ｈ双层，其中非晶Ｇｅ：Ｈ层被布置在ＧｅＳｅ层和第二电极之间。因此抑制ＡｇＳｅ团块在Ａｇ掺杂层和／或电极层中的形成，使得阻止析出并且能够实现银掺杂层的均匀的沉积。通过ＧｅＳｅ／Ｇｅ：Ｈ双层系统，一方面获得ＣＢＲＡＭ存储单元的电阻性非易失存储效果，而另一方面借助薄的Ｇｅ：Ｈ层来保证位于其上的顶电极的化学稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有电阻转换的存储单元的半导体存储器。此外，本专利技术还涉及一种用于制造具有电阻转换的非易失存储单元的半导体存储器件的方法。在半导体存储器件中，通常构造由多个存储单元、和列引线与行引线或字线与位线的基体组成的单元区(Zellenfeld)。真正的存储单元位于由导电材料组成的引线的交叉点上。列引线和行引线或字线和位线分别通过上电极或顶电极和下电极或底电极与存储单元电连接。为了引起在所寻址的交叉点上的确定存储单元中的信息内容的改变，或为了调用存储单元内容，选择有关的字线和位线，并且要么施加写电流，要么施加读电流。为此通过相应的控制设备来控制字线和位线。已公开了诸如RAM(随机存取存储器)的多种类型的半导体存储器，该RAM包括多个分别配备有电容器的存储单元，该电容器与所谓的选择晶体管相连接。通过在相应的选择晶体管上经由列引线和行引线有针对性地施加电压，可以在写过程期间在电容器中存储作为信息单元(比特)的电荷，而在读过程期间通过选择晶体管重新进行查询。RAM存储器件是具有随机存取的存储器，即可以将数据存储在确定地址下并且以后在同一地址下重新读出。另一种类型的半导体存储器是DRAM(动态随机存取存储器)，这些DRAM一般仅包含唯一的相应地受控制的电容元件、诸如沟槽电容器，该沟槽电容器可以利用其电容分别存储作为电荷的位。但是该电荷在DRAM存储单元中仅较短时间地保持不变，因此必须定期地、例如大约每隔64ms执行一次所谓的“刷新”，其中信息内容被重新写入到存储单元中。与此相反，所谓的SRAM(静态随机存取存储器)的存储单元通常分别包括多个晶体管。与DRAM相反，在SRAM中不必执行“刷新”，因为只要给SRAM输送相应的电源电压，存储在存储单元的晶体管中的数据就保持不变。只有在诸如EPROM、EEPROM和闪存的非易失存储器件(NVM或Non-Volatile Memory)中，即使在关断电源电压时，所存储的数据也保持被存储。目前普遍的半导体存储器技术大多基于将电荷存储在通过按照标准的CMOS过程(互补金属氧化物半导体)所制造的材料中的原理。迄今，通过不断刷新所存储的电荷仅仅不能令人满意地解决在DRAM存储器方案中存在的、存储器电容器中的泄漏电流的问题，这些泄漏电流导致电荷损失或信息损失。闪存方案遭受到由于阻挡层而引起的有限的写和读周期的问题，其中针对高的电压和缓慢的读周期和写周期，目前还未找到最佳的解决方案。由于在RAM存储器件中一般应安置尽可能多的存储单元，因此值得力求，尽可能简单地并在最狭小的空间上实现、即标定(skalieren)这些存储单元。迄今所采用的存储器方案(像闪存和DRAM那样的浮动栅存储器)，由于其基于电荷存储的工作方式，大概在可预见的时间内将遇到物理标定极限。此外，在闪存方案中高的操作电压和有限数量的读周期和写周期以及在DRAM存储器方案中电荷状态存储的有限的持续时间都是附加的问题。在现有技术中，作为对这些问题的解决措施，近来也公开了所谓的CBRAM存储单元(CB＝Conductive Bridging(传导桥接)RAM)，在这些CBRAM存储单元中可以通过电阻转换过程来存储数字信息。通过双极电脉冲，可以使CBRAM存储单元在不同电阻值之间转换。在最简单的实施方案中，通过施加短的电流脉冲或电压脉冲，使这种元件在很高的(例如在千兆欧姆范围内)和明显较低的电阻值(例如在千欧姆范围内)之间转换。在此，转换速度可以位于1微秒之下。在CBRAM存储单元中，电化学活性材料位于上电极或顶电极和下电极或底电极之间的体积内，该电化学活性材料诸如是由锗(Ge)、硒(Se)、铜(Cu)、硫(S)和/或银(Ag)组成的例如GeSe、GeS、AgSe或CuS化合物形式的所谓的硫族化物材料。在CBRAM存储单元中，上述转换过程原则上基于通过在电极上施加确定强度或高度和持续时间的相应的电流脉冲或电压脉冲，在布置在电极之间的活性材料中，所谓的沉积群(Cluster)的元素在体积方面总是继续生长，直至两个电极最终导电桥接、即相互导电连接，这对应于CBRAM单元的导电状态。通过施加相应地反转的电流脉冲或电压脉冲，可以重新取消该过程，由此可以使有关的CBRAM单元重新返回到不导电状态中。以此方式可以实现在CBRAM存储单元具有较高导电性的状态和CBRAM存储单元具有较低导电性的状态之间的“转换”。CBRAM存储单元的转换过程基本上基于化学成分、和掺杂有金属的硫族化物材料的局部纳米结构的调制，该硫族化物材料用作固体电解质和扩散基体。纯硫族化物材料典型地展示出半导特性，并且在室温下具有很高的电阻，该电阻比导电金属的电阻高多个数量级、即欧姆电阻值的十的多次方。由于通过电极所施加的电流脉冲或电压脉冲，改变扩散基体中的移动元素的以离子和金属形式存在的组成部分的立方(sterisch)布置和局部浓度。因此可以引起所谓的桥接，即富含金属的析出物的电极之间的体积的电桥接，该桥接通过将欧姆电阻值降低十的多次方而使CBRAM存储单元的电阻改变多个数量级。硫族化物材料的、借助溅射法沉积的像玻璃的GeSe层的表面也总是具有非晶结构，并且常常包含过剩的并且在与锗的共价键方面较差地结合的硒。在由文献US2003/0155606公开的方法中，在氧气氛中在250℃的情况下执行退火处理，以便氧化并蒸发在GeSe层的层表面上的硒。该方法的缺点在于，在该退火过程中加热整个存储器元件，使得可能发生层特性的不期望的改变或发生界面间扩散。此外，在该方法中被用于分解硒积聚的热能位于meV范围内。但是在该能量范围内只能去激活很弱地结合的、即实际上未结合的硒原子。利用该公开方法不能除去弱结合的或类似群集地球化的硒原子，并且因此导致在Ag掺杂层和电极层中形成AgSe团块(Konglomeraten)。在另一种从US2003/0045049中公开的方法中，建议用氧等离子体或氢等离子体或其它化学材料来处理表面，以便在GeSe层上生成钝化层。但是该方法的目标仅仅在于，在掺杂Ag的GeSe层的表面上形成钝化层。在不同的氧气处理情况下形成的氧化物钝化层在较低的温度下已经倾向于结晶。因此氧化物层相对于Ag电极不是化学惰性的，即在Ge氧化物层与Ag电极的界面上可能导致银氧化物的形成，这不利于CBRAM存储单元的功能。此外，钝化层也形成电子势垒，该势垒改变或妨碍与顶电极的接触并因此改变或妨碍转换特性，其中该钝化层必须是足够化学封闭的，以便它能够阻止团块的形成。本专利技术的一般的目标是提供一种非易失半导体存储器，该半导体存储器的特征在于良好的可标定性(纳米级尺寸)。本专利技术的任务在于创造一种非易失半导体存储器件，该半导体存储器件在低的转换时间的情况下确保低的操作电压，并且在良好的温度稳定性的情况下能够实现高数量的转换周期。本专利技术的另一个任务在于提供一种CBRAM存储单元，在该CBRAM存储单元中在掺杂Ag的GeSe层和Ag顶电极之间存在化学惰性的边界层，该边界层改善CBRAM存储单元的转换特性。按照本专利技术，该任务通过具有权利要求1中所说明的特征的、电阻转换的CBRAM半导体存储器来解决。该任务此外还通过一种具有权利要求10中所说明的特征的、用于制造电阻转换的非易失CBRAM本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有电阻转换的非易失存储单元的半导体存储器，所述存储单元分别被布置在由电引线构成的存储单元矩阵的交叉点上，所述电引线分别通过第一电极（１）和第二电极（２）与所述存储单元相连接，其中所述存储单元包括具有至少一个活性基体材料层的多个材料层，该基体材料层作为所述存储单元的离子导体在利用所述基体材料层中的离子漂移的情况下具有在两个稳定状态之间进行电阻转换的特性，其特征在于，所述存储单元包括具有像玻璃的ＧｅＳｅ层和非晶Ｇｅ：Ｈ层的ＧｅＳｅ／Ｇｅ：Ｈ双层（３），其中所述非 晶Ｇｅ：Ｈ层被布置在所述ＧｅＳｅ层和所述第二电极（２）之间。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2004-9-27 10 2004 046 804.41.具有电阻转换的非易失存储单元的半导体存储器，所述存储单元分别被布置在由电引线构成的存储单元矩阵的交叉点上，所述电引线分别通过第一电极(1)和第二电极(2)与所述存储单元相连接，其中所述存储单元包括具有至少一个活性基体材料层的多个材料层，该基体材料层作为所述存储单元的离子导体在利用所述基体材料层中的离子漂移的情况下具有在两个稳定状态之间进行电阻转换的特性，其特征在于，所述存储单元包括具有像玻璃的GeSe层和非晶Ge:H层的GeSe/Ge:H双层(3)，其中所述非晶Ge:H层被布置在所述GeSe层和所述第二电极(2)之间。2.按权利要求1的半导体存储器，其中，所述基体材料层由具有结构空位的、化学惰性的并且多孔的非晶、微晶或微结晶基体材料组成，该基体材料层由于其离子导电性而具有双稳态特性，因此所述存储单元在通过所述电引线所施加的电场的影响下可以采用两种稳定状态，这两种状态具有位于所述基体材料层中的离子的不同的活动性并具有不同的电阻。3.按权利要求1或2之一的半导体存储器，其中，硅基体材料层掺杂有碱离子、碱土离子和/或金属离子，尤其是掺杂有银离子。4.按以上权利要求之一的半导体存储器，其中，所述存储单元的材料层(1，2，3)上下重叠地、毗邻地或在另一方向上优选地以多层式层叠结构布置在半导体衬底上。5.按以上权利要求之一的半导体存储器，其中，由所述电引线从第一侧通过第一电极或底电极(1)并且从优选地位于所述第一电极(1)对面的另一侧通过第二电极或顶电极(2)来电接触所述存储单元。6.按以上权利要求之一的半导体存储器，其中，在所述存储单元的材料层(1，2，3)的旁边一侧设有至少一个用于接触所述底电极(1)的接触孔(6)。7.按权利要求6的半导体存储器，其中，所述存储单元的材料层(1，2，3)横向地受电介质(4，5)所限制，所述电介质(4，5)优选地被布置在所述存储单元的接触孔(6)和所述材料层(1，2，3)之间。8.按以上权利要求之一的半导体存储器，其中，所述电阻转换的非易失存储单元至少由以下材料层构成·第一电极(1)；·掺杂有碱离子、碱土离子或金属离子的非晶、微晶或微结晶基体材料层；·GeSe层；·Ge:H层；·掺杂层；和·第二电极(2)。9.按以上权利要求之一的半导体存储器，其中，所述基体材料层掺杂有银离子，并且所述掺...
【专利技术属性】
技术研发人员：KD厄费尔特，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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